Das Jahr 2023 gehört der KI - keine Woche vergeht, ohne dass die Medien über Neuigkeiten im Zusammenhang mit dem GPT-Chat oder ähnlichen Tools berichten, die auf Sprachmodellen wie der generativen KI basieren.
Obwohl es den Anschein haben mag, dass künstliche Intelligenz (KI - künstliche Intelligenz oder auf Polnisch: AI) etwas Neues ist, haben diese Arten von IT-Systemen die Entwicklung von Industrie 4.0 in der Praxis seit dem Beginn der 4. industriellen Revolution stets begleitet.
KI-basierte Lösungen unterstützen viele Branchen schon seit Jahrzehnten, aber die letzten Meilensteine in der Entwicklung dieser Technologie bedeuten, dass sich immer mehr Unternehmen für die Implementierung von KI entscheiden, insbesondere in der Fertigung.
Wie unterstützen diese Lösungen heute Bearbeitungsprozesse und wie können sie diese (wahrscheinlich) in nächster Zukunft weiterentwickeln?
Was ist "künstliche Intelligenz" in der CNC-Bearbeitung?
Der Begriff "künstliche Intelligenz" wurde von John McCarthy entwickelt. Er beschreibt u.a. die Entwicklung von Algorithmen, Modellen und Programmen, die durch ihre Aktionen bis zu einem bestimmten Grad das Verhalten von Intelligenz stimulieren.
Anders ausgedrückt handelt es sich um Prozesse, die auf der Grundlage vorgegebener Befehle automatisch ausgeführt werden können, aber auch die Betriebsparameter auf der Grundlage gesammelter Daten anpassen, ohne dass der Mensch (Bediener) eingreifen muss.
Unter dem Überbegriff 'KI in der CNC-Bearbeitung' sind automatisierte Algorithmen zu verstehen, deren Aufgabe es ist, den Produktionsprozess zu verbessern - basierend auf vordefinierten Ereignissen oder Randbedingungen, die zu vordefinierten Reaktionen führen.
Dadurch wird die künstliche Intelligenz in der CNC-Bearbeitung immer sichtbarer, vor allem dank der Verwendung von Hard- und Software, die die Umsetzung von Maßnahmen ermöglicht, die intelligentes Verhalten simulieren.
Die numerische Bearbeitung selbst hat jedoch von Anfang an ein 'Element' künstlicher Intelligenz in sich getragen - die CNC-Steuerung steuert die Schneidausrüstung auf geplante Weise, selbst bei den ersten Maschinen dieser Art, die mit Lochkarten programmiert wurden.
Die Erfindung der ersten Mikrocomputer und die geradezu exponentielle Steigerung ihrer Rechenleistungen ermöglichte es den Steuerungen, komplexere Prozesse zu bewältigen und darüber hinaus die Betriebsparameter dank der Daten einer breiten Palette von Sensoren anzupassen. Die Einführung von fortschrittlicheren KI-Algorithmen in der CNC ist eher eine Form der Evolution als der Revolution, die die Prozessqualität und -geschwindigkeit verbessert.
Aktuelle Anwendungen von AI in der CNC-Bearbeitung
Heutzutage profitieren Produktionslinien, die sich auf die CNC-Bearbeitung konzentrieren, von einer Reihe von KI-basierten Lösungen.
Zu den wichtigsten Bereichen gehören:
- Eine spürbare Beschleunigung der Produktion der gesamten Fertigungslinie dank einer Verringerung des Überwachungsaufwandes für den Herstellungsprozess. Dies ist auf die Komplexität der modernen CNC-Ausrüstung zurückzuführen, die nicht nur bestimmte Bewegungssequenzen ausführt, sondern auch große Mengen an Daten über den Prozess selbst sammelt: vom Betrieb der Schneidausrüstung über die Bedingungen innerhalb und außerhalb der Bearbeitungszentren bis hin zur Selbstdiagnose oder Überwachung der Verfügbarkeit von Material für die Zuführung und manchmal der automatischen Ausgabe von Bestellungen für größere Mengen. Dies sind Technologien, die es fortgeschrittenen CNC-Maschinen ermöglichen, fortlaufend zu produzieren, und zwar fast 24 Stunden am Tag ab Beginn des Prozesses, ohne dass ein Bediener eingreifen muss,
- Verbesserung der Qualität der gefertigten Teile - Algorithmen der künstlichen Intelligenz können die Betriebsparameter auf der Grundlage von Daten, die von Sensoren im Inneren des Bearbeitungszentrums gesammelt werden, automatisch anpassen. Temperatur, Lüftungseffizienz, Spanabfuhr, Werkzeugverschleiß, Kalibrierungsgrad (geschätzt anhand der Zeit und der Betriebsbedingungen) oder - in manchen Fällen - die Analyse der Materialparameter in der automatischen Zuführung - all dies kann sich auf die endgültige Qualität der hergestellten Teile auswirken. Dank der künstlichen Intelligenz können die Steuerungen die Betriebsparameter an diese Veränderungen anpassen,
- Verbesserung der Arbeitssicherheit - die oben genannte Automatisierung von Prozessen und die fehlende Notwendigkeit einer direkten (physischen) Überwachung der Bearbeitung bedeutet, dass die Bearbeitung von potenziell gefährlichen Materialien (z.B. bestimmte Polymere oder Metalllegierungen) automatisch und in effektiv belüfteten Bearbeitungszentren durchgeführt werden kann,
- Die Beschleunigung des Produktionsstarts, vor allem bei bereits bekannten Projekten - einer der wichtigsten Schritte beim Start jedes CNC-Bearbeitungsprozesses ist die Überprüfung der Kalibrierung der Ausrüstung. Eine praktische Anwendung der künstlichen Intelligenz ist die automatische Anpassung der Betriebsparameter auf der Grundlage der von der Steuerung erfassten Daten, ohne dass eine Neukalibrierung oder eine Überprüfung der Einhaltung der Vorschriften erforderlich ist. Die Steuerung - basierend auf KI-Algorithmen - ist dabei in der Lage, die Arbeitsparameter (bis zu einem gewissen Grad) an eine bestimmte Aufgabe anzupassen und sogar einen automatischen Kalibrierungsprozess während der Bearbeitung durchzuführen,
- Unterstützung von Algorithmen bei der Erstellung von Produktionsdateien - CAM-Software ist immer besser in der Lage, Dateien genau zu analysieren und sie sowohl auf die Korrektheit des Arbeitsablaufs als auch auf die Konformität des Endobjekts mit den technischen Spezifikationen und dem Auftrag zu überprüfen,
- Reduzierte Kosten für die Wartung und Instandhaltung von Maschinen - die Automatisierung und die "Selbstüberwachung" des Maschinenzustands durch Lösungen mit künstlicher Intelligenz bedeutet, dass ein einziger Bediener mehr Maschinen steuern kann. Zusätzlich können viele Kalibrierungsprozesse auf der Grundlage von KI-Algorithmen automatisch durchgeführt werden.
Dies sind nur einige Beispiele für Bereiche, in denen KI bei der CNC-Bearbeitung sichtbar wird, die auch bei anderen numerisch gesteuerten Prozessen (z.B. 3D-Druck) zu beobachten sind. Die praktischen Anwendungen dieser Technologie betreffen fast jeden Aspekt der Fertigung.
Nicht nur Bearbeitung - KI als Unterstützung für den Produktionsprozess (in der - nicht so - nahen Zukunft)
Die bereits genannte exponentielle Zunahme der Rechenleistung von Computern hat dazu geführt, dass KI in der CNC-Verarbeitung noch sichtbarer wird und ihre Anwendungen weit verbreitet sind. In Anbetracht der bisherigen KI-basierten Lösungen und der Richtungen, in die sich die Technologie in anderen Branchen entwickelt (Robotik, Medizin, breite Erstellung von Inhalten auf der Grundlage generativer KI-Modelle), wird sie in den folgenden Bereichen noch stärker in Erscheinung treten:
- Die Automatisierung von Produktionsprozessen - CNC-Bearbeitungsunternehmen, die KI einsetzen, werden auf dem Markt konkurrenzfähiger sein: sowohl in Bezug auf den Preis der produzierten Teile (schnellere Produktion, weniger Ausfallzeiten, geringerer Stückpreis) als auch in Bezug auf ihre Präzision (Einhaltung noch geringerer Toleranzen in den Losen),
- Reduzierung des Bedieneranteils - KI ermöglicht es der gleichen Gruppe von CNC-Bedienern, eine größere Anzahl (um nicht zu sagen: Menge) von Werkzeugmaschinen oder Bearbeitungszentren zu verwalten,
- Weitere Roboterisierung von Prozessen - d.h. Durchführung von Präzisions-Qualitätskontrollen oder Endbearbeitungen (einschließlich Galvanisierungsprozessen), die zuvor von Menschen durchgeführt wurden,
- Reduzierung der Produktionskosten - entweder durch Automatisierung oder durch Verringerung des Verschleißes der Schneidewerkzeuge und der Maschinen selbst,
- Beschleunigung des Designs, Umwandlung von CAD in CAM oder echte KI-Unterstützung in der Phase des Teiledesigns - die meisten der führenden Design- oder Steuersysteme, die in der CNC-Bearbeitung eingesetzt werden, verfügen bereits über eine Art von künstlicher Intelligenzfunktion. Die Entwicklung von Algorithmen kann den Prozess der Übertragung eines Entwurfs erheblich beschleunigen, sei es von digitalem zu G-Code oder von einer traditionellen technischen Zeichnung. Darüber hinaus kann die KI das Design selbst erheblich verbessern, indem sie bereits in der Phase der Erstellung von 3D-Modellen in der CAD-Software Korrekturen vorschlägt und durchführt,
- Die Optimierung der Logistik in CNC-Bearbeitungsunternehmen - immer mehr KI-Lösungen konzentrieren sich auch auf die Verbesserung des Versand- oder Kundenkontaktmanagements. Die automatische Bestellung von Materialien für die Bearbeitung, die automatische Information des Kunden oder des Versandunternehmens oder die Meldung der Notwendigkeit des Austauschs von Werkzeugmaschinenkomponenten - dies sind nur einige Arten von Prozessen, die derzeit (mehr oder weniger) von KI-Algorithmen implementiert werden und in naher Zukunft in den fortschrittlichsten CNC-Bearbeitungsunternehmen zu einer Art "neuer Norm" werden.
Dies sind nur einige der Wege, die von CNC-Bearbeitungsexperten auf der ganzen Welt aufgezeigt werden. Es gibt eine ganze Anzahl von Veränderungen im Zusammenhang mit KI und CNC-Bearbeitung, und es wird - höchstwahrscheinlich - noch viele weitere geben, auch dank der verfügbaren Rechenleistung und dem enorm gestiegenen Interesse an diesen Prozessen.
Selbst wenn wir in die Zukunft dieser Technologie blicken, sollten wir nicht vergessen, dass sich die CNC-Bearbeitung schon immer mit einer gewissen Form der Automatisierung und KI weiterentwickelt hat und dass das, was derzeit in diesem Marktsegment geschieht, eher eine Weiterentwicklung als eine Revolution ist.
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